MAGNABEND - OPERACIJA KOLA
Magnabend metalna fascikla je dizajnirana kao DC stezni elektromagnet.
Najjednostavniji krug potreban za pogon elektromagnetne zavojnice sastoji se samo od prekidača i mosnog ispravljača:
Slika 1: Minimalni krug:
Treba napomenuti da je prekidač ON/OFF spojen na AC strani kola.Ovo omogućava da struja induktivne zavojnice cirkuliše kroz diode u mosnom ispravljaču nakon isključivanja sve dok struja ne padne eksponencijalno na nulu.
(Diode u mostu se ponašaju kao "povratne" diode).
Za sigurniji i praktičniji rad poželjno je imati strujni krug koji osigurava dvoručno zaključavanje i također 2-stepeno stezanje.Dvoručna blokada pomaže da se osigura da se prsti ne mogu uhvatiti ispod stezaljke, a stepenasto stezanje daje mekši početak i također omogućava jednoj ruci da drži stvari na mjestu dok se prethodno stezanje ne aktivira.
Slika 2: Krug sa blokadom i 2-stepenim stezanjem:
Kada se pritisne dugme START, mali napon se dovodi do magnetne zavojnice preko kondenzatora naizmenične struje čime se stvara efekat stezanja svetlosti.Ova reaktivna metoda ograničavanja struje do zavojnice ne uključuje značajno rasipanje snage u uređaju za ograničavanje (kondenzator).
Potpuno stezanje se postiže kada se i prekidač kojim se upravlja savijanjem i dugme START rukuju zajedno.
Tipično bi se prvo pritisnulo dugme START (lijevom rukom), a zatim bi se drugom rukom povukla ručka grede za savijanje.Do potpunog stezanja neće doći osim ako ne dođe do preklapanja u radu 2 prekidača.Međutim, kada se uspostavi potpuno stezanje, nije potrebno držati dugme START.
Rezidualni magnetizam
Mali, ali značajan problem kod Magnabend mašine, kao i kod većine elektro-magneta, je problem zaostalog magnetizma.Ovo je mala količina magnetizma koja ostaje nakon što se magnet isključi.To uzrokuje da stezne šipke ostanu slabo pričvršćene za tijelo magneta što otežava uklanjanje radnog komada.
Upotreba magnetno mekog gvožđa jedan je od mnogih mogućih pristupa za prevazilaženje rezidualnog magnetizma.
Međutim, ovaj materijal je teško nabaviti u zalihama, a i fizički je mekan što znači da bi se lako oštetio u mašini za savijanje.
Uključivanje nemagnetne praznine u magnetsko kolo je možda najjednostavniji način da se smanji preostali magnetizam.Ova metoda je efikasna i prilično je lako postići u izrađenom tijelu magneta - samo ugradite komad kartona ili aluminija debljine oko 0,2 mm između recimo prednjeg pola i dijela jezgre prije nego što spojite dijelove magneta zajedno.Glavni nedostatak ove metode je taj što nemagnetni zazor smanjuje fluks koji je dostupan za potpuno stezanje.Također nije jednostavno ugraditi otvor u jednodijelno tijelo magneta kao što se koristi za dizajn magneta E-tipa.
Polje obrnutog prednapona, koje proizvodi pomoćni kalem, je takođe efikasan metod.Ali to uključuje neopravdanu dodatnu složenost u proizvodnji zavojnice, kao iu upravljačkom kolu, iako je kratko korišteno u ranom dizajnu Magnabenda.
Opadajuća oscilacija ("zvonjenje") je konceptualno vrlo dobra metoda za demagnetizaciju.
Ove fotografije osciloskopa prikazuju napon (gornji trag) i struju (donji trag) u Magnabend zavojnici s odgovarajućim kondenzatorom spojenim preko njega kako bi on sam oscilirao.(Napajanje naizmeničnom strujom je isključeno otprilike na sredini slike).
Prva slika je za otvoreno magnetno kolo, to jest bez stezaljke na magnetu.Druga slika je za zatvoreno magnetno kolo, odnosno sa stezaljkom pune dužine na magnetu.
Na prvoj slici napon pokazuje opadajuću oscilaciju (zvonjenje), a isto tako i struja (donji trag), ali na drugoj slici napon ne osciluje i struja uopće ne uspijeva ni da se okrene.To znači da ne bi bilo oscilacije magnetnog fluksa, a time ni poništavanja zaostalog magnetizma.
Problem je u tome što je magnet previše prigušen, uglavnom zbog gubitaka vrtložne struje u čeliku, tako da nažalost ova metoda ne radi za Magnabend.
Prisilna oscilacija je još jedna ideja.Ako je magnet previše prigušen da bi mogao samooscilirati, tada bi mogao biti prisiljen na osciliranje aktivnim krugovima koji opskrbljuju energiju po potrebi.Ovo je također detaljno istraženo za Magnabend.Njegov glavni nedostatak je što uključuje prekomplicirano kolo.
Demagnetizacija obrnutim impulsom je metoda koja se pokazala najisplativijom za Magnabend.Detalji ovog dizajna predstavljaju originalni rad koji je izveo Magnetic Engineering Pty Ltd. Detaljna rasprava slijedi:
REVERZNO-PULSE DEMAGNETIZIRANJE
Suština ove ideje je da se energija pohrani u kondenzator, a zatim da se pusti u zavojnicu odmah nakon što se magnet isključi.Polaritet mora biti takav da kondenzator indukuje obrnutu struju u zavojnici.Količina energije pohranjene u kondenzatoru može se prilagoditi tako da bude dovoljna da poništi preostali magnetizam.(Previše energije bi moglo pretjerati i ponovno magnetizirati magnet u suprotnom smjeru).
Daljnja prednost metode obrnutih impulsa je da proizvodi vrlo brzo demagnetiziranje i gotovo trenutno oslobađanje stezaljke od magneta.To je zato što nije potrebno čekati da struja zavojnice padne na nulu prije povezivanja obrnutih impulsa.Prilikom primjene impulsa struja zavojnice je prisiljena na nulu (a zatim u obrnutom smjeru) mnogo brže nego što bi bilo njeno normalno eksponencijalno raspadanje.
Slika 3: Osnovno kolo obrnutog impulsa
Sada, normalno, postavljanje kontakta prekidača između ispravljača i zavojnice magneta se "igra vatrom".
To je zato što se induktivna struja ne može iznenada prekinuti.Ako je tako, tada će kontakti prekidača biti lučni i prekidač će biti oštećen ili čak potpuno uništen.(Mehanički ekvivalent bi pokušavao iznenada zaustaviti zamašnjak).
Dakle, bilo koje kolo koje je osmišljeno, ono mora osigurati učinkovit put za struju zavojnice u svakom trenutku, uključujući i nekoliko milisekundi dok se kontakt prekidača mijenja.
Gornji krug, koji se sastoji od samo 2 kondenzatora i 2 diode (plus relejni kontakt), postiže funkcije punjenja kondenzatora za pohranu na negativni napon (u odnosu na referentnu stranu zavojnice) i također pruža alternativni put za zavojnicu struja dok je kontakt releja u pokretu.
Kako radi:
Općenito D1 i C2 djeluju kao pumpa punjenja za C1, dok je D2 dioda stezanja koja sprječava da tačku B postane pozitivna.
Dok je magnet UKLJUČEN, kontakt releja će biti spojen na svoj "normalno otvoren" (NO) terminal i magnet će obavljati svoj uobičajeni posao stezanja lima.Pumpa punjenja će puniti C1 prema vršnom negativnom naponu koji je po veličini jednak vršnom naponu zavojnice.Napon na C1 će se eksponencijalno povećati, ali će se potpuno napuniti za oko 1/2 sekunde.
Zatim ostaje u tom stanju sve dok se mašina ne ISKLJUČI.
Odmah nakon isključivanja relej se zadržava kratko.Za to vrijeme visoko induktivna struja zavojnice će nastaviti da cirkulira kroz diode u mosnom ispravljaču.Sada, nakon kašnjenja od oko 30 milisekundi, kontakt releja će početi da se razdvaja.Struja zavojnice više ne može ići kroz ispravljačke diode, već umjesto toga pronalazi put kroz C1, D1 i C2.Smjer ove struje je takav da će dodatno povećati negativan naboj na C1 i on će također početi puniti C2.
Vrijednost C2 mora biti dovoljno velika da kontrolira brzinu porasta napona na kontaktu releja za otvaranje kako bi se osiguralo da se luk ne formira.Vrijednost od oko 5 mikrofarada po amperu struje zavojnice je adekvatna za tipičan relej.
Slika 4 ispod prikazuje detalje talasnih oblika koji se javljaju tokom prve polovine sekunde nakon isključivanja.Naponska rampa kojom upravlja C2 jasno je vidljiva na crvenom tragu u sredini slike, označena je kao "Relejni kontakt u hodu".(Iz ovog traga se može zaključiti stvarno vrijeme preletanja; ono je oko 1,5 ms).
Čim se armatura releja spusti na svoj NC terminal, negativno nabijeni kondenzator za pohranu je spojen na magnetnu zavojnicu.Ovo ne preokreće odmah struju zavojnice, ali struja sada teče "uzbrdo" i stoga je brzo forsirana kroz nulu i prema negativnom vrhuncu koji se javlja oko 80 ms nakon spajanja kondenzatora za skladištenje.(Vidi sliku 5).Negativna struja će inducirati negativni tok u magnetu koji će poništiti preostali magnetizam i stezaljka i radni komad će se brzo osloboditi.
Slika 4: Prošireni talasni oblici
Slika 5: Talasni oblici napona i struje na zavojnici magneta
Slika 5 iznad prikazuje talasne oblike napona i struje na zavojnici magneta tokom faze prethodnog stezanja, faze punog stezanja i faze demagnetizacije.
Smatra se da bi jednostavnost i efikasnost ovog kola za demagnetizaciju trebalo da znači da će naći primenu u drugim elektromagnetima kojima je potrebno demagnetisanje.Čak i ako rezidualni magnetizam nije problem, ovo kolo bi i dalje moglo biti vrlo korisno za komutaciju struje zavojnice na nulu vrlo brzo i stoga brzo otpuštanje.
Praktično Magnabend kolo:
Koncepti kruga o kojima se raspravljalo mogu se kombinirati u potpuni krug sa dvoručnom blokadom i obrnutim impulsnim demagnetizacijom kao što je prikazano u nastavku (Slika 6):
Slika 6: Kombinovano kolo
Ovaj krug će raditi, ali je nažalost pomalo nepouzdan.
Za pouzdan rad i duži vijek trajanja prekidača potrebno je dodati neke dodatne komponente osnovnom kolu kao što je prikazano ispod (slika 7):
Slika 7: Kombinovani krug sa poboljšanjima
SW1:
Ovo je 2-polni izolacijski prekidač.Dodan je radi praktičnosti i usklađenosti sa električnim standardima.Takođe je poželjno da ovaj prekidač ima neonsku indikatorsku lampicu koja pokazuje ON/OFF status kola.
D3 i C4:
Bez D3 fiksiranje releja je nepouzdano i donekle zavisi od faziranja talasnog oblika mreže u vreme rada prekidača za savijanje.D3 uvodi kašnjenje (obično 30 milisekundi) u ispadanju releja.Ovo prevazilazi problem zaključavanja i takođe je korisno imati kašnjenje ispadanja neposredno pre početka demagnetizirajućeg impulsa (kasnije u ciklusu).C4 obezbeđuje AC spajanje relejnog kola koje bi inače predstavljalo polutalasni kratki spoj kada se pritisne dugme START.
THERM.PREKIDAČ:
Kućište ovog prekidača je u kontaktu s tijelom magneta i prekinut će strujni krug ako se magnet previše zagrije (>70 C).Postavljanje u seriju sa zavojnicom releja znači da mora prebaciti samo malu struju kroz zavojnicu releja umjesto pune struje magneta.
R2:
Kada se pritisne tipka START relej se uvlači i tada će doći do udarne struje koja puni C3 preko mosnog ispravljača, C2 i diode D2.Bez R2 ne bi bilo otpora u ovom krugu i rezultirajuća velika struja mogla bi oštetiti kontakte u START prekidaču.
Također, postoji još jedno stanje kola u kojem R2 pruža zaštitu: Ako se prekidač za savijanje (SW2) pomakne od NO terminala (gdje bi prenosio punu magnetnu struju) do NC terminala, tada bi se često formirao luk i ako bi Prekidač START je još uvijek držan u to vrijeme tada bi C3 zapravo bio kratko spojen i, ovisno o tome koliki je napon bio na C3, to bi moglo oštetiti SW2.Međutim, opet bi R2 ograničio ovu struju kratkog spoja na sigurnu vrijednost.R2 treba samo nisku vrijednost otpora (obično 2 oma) kako bi pružio dovoljnu zaštitu.
varistor:
Varistor, koji je povezan između AC terminala ispravljača, obično ne radi ništa.Ali ako postoji prenaponski napon na mreži (zbog na primjer - obližnjeg udara groma), tada će varistor apsorbirati energiju u prenaponu i spriječiti skok napona da ošteti mosni ispravljač.
R1:
Ako bi se dugme START pritisnulo tokom demagnetizirajućeg impulsa, to bi vjerovatno izazvalo luk na kontaktu releja koji bi zauzvrat praktično kratko spojio C1 (kondenzator za skladištenje).Energija kondenzatora bi se ubacila u kolo koje se sastoji od C1, mosnog ispravljača i luka u releju.Bez R1 postoji vrlo mali otpor u ovom kolu, tako da bi struja bila vrlo visoka i bila bi dovoljna za zavarivanje kontakata u releju.R1 pruža zaštitu u ovom (pomalo neobičnom) slučaju.
Posebna napomena o izboru R1:
Ako se gore opisani slučaj ipak dogodi, onda će R1 apsorbirati gotovo svu energiju koja je pohranjena u C1 bez obzira na stvarnu vrijednost R1.Želimo da R1 bude veliki u poređenju sa drugim otporima kola, ali mali u poređenju sa otporom Magnabend zavojnice (inače bi R1 smanjio efikasnost demagnetizirajućeg impulsa).Vrijednost od oko 5 do 10 oma bi bila prikladna, ali kakvu snagu treba da ima R1?Ono što zaista treba da navedemo je pulsna snaga ili energetska ocena otpornika.Ali ova karakteristika obično nije navedena za otpornike snage.Otpornici niske vrijednosti obično su namotani žicom i utvrdili smo da je kritični faktor koji treba tražiti u ovom otporniku količina stvarne žice koja se koristi u njegovoj konstrukciji.Morate otvoriti uzorak otpornika i izmjeriti mjerač i dužinu žice koja se koristi.Iz toga izračunajte ukupnu zapreminu žice, a zatim odaberite otpornik sa najmanje 20 mm3 žice.
(Na primjer, 6,8 ohm/11 vati otpornik iz RS Components je utvrđeno da ima zapreminu žice od 24 mm3).
Na sreću, ove dodatne komponente su male veličine i cijene i stoga dodaju samo nekoliko dolara ukupnoj cijeni Magnabend elektrike.
Postoji još jedan dio sklopa o kojem se još nije raspravljalo.Time se prevazilazi relativno manji problem:
Ako se pritisne dugme START i ne prati ga povlačenjem ručke (što bi inače dalo potpuno stezanje) tada kondenzator za skladištenje neće biti potpuno napunjen i impuls demagnetizacije koji rezultira otpuštanjem dugmeta START neće u potpunosti demagnetizirati mašinu .Stezaljka bi tada ostala zalijepljena za mašinu i to bi bila smetnja.
Dodavanje D4 i R3, prikazano plavom bojom na slici 8 ispod, dovodi odgovarajući talasni oblik u krug pumpe za punjenje kako bi se osiguralo da se C1 napuni čak i ako nije primijenjeno potpuno stezanje.(Vrijednost R3 nije kritična - 220 ohma/10 vati bi odgovaralo većini mašina).
Slika 8: Krug sa demagnetizacijom samo nakon "START":
Za više informacija o komponentama kola pogledajte odjeljak Komponente u "Izgradite vlastiti Magnabend"
Za potrebe referenci, dole su prikazani puni dijagrami strujnog kola 240 V AC, E-Type Magnabend mašina koje proizvodi Magnetic Engineering Pty Ltd.
Imajte na umu da bi za rad na 115 VAC mnoge vrijednosti komponenti trebale biti izmijenjene.
Magnetic Engineering je obustavio proizvodnju Magnabend mašina 2003. godine kada je posao prodat.
Napomena: Gornja rasprava je imala za cilj da objasni glavne principe rada kola i nisu obuhvaćeni svi detalji.Cijeli krugovi prikazani iznad su također uključeni u Magnabend priručnike koji su dostupni na drugim mjestima na ovoj stranici.
Također treba napomenuti da smo razvili potpuno solid state verzije ovog kola koje su koristile IGBT umjesto releja za prebacivanje struje.
Krug čvrstog stanja nikada se nije koristio ni u jednoj Magnabend mašini, ali je korišten za posebne magnete koje smo proizvodili za proizvodne linije.Ove proizvodne linije obično proizvode 5.000 artikala (kao što su vrata frižidera) dnevno.
Magnetic Engineering je obustavio proizvodnju Magnabend mašina 2003. godine kada je posao prodat.
Molimo koristite vezu Kontaktirajte Alana na ovoj stranici da potražite više informacija.